MOSFET Arbeitsgerade Kennlinien

Question

Aufgabe:

Text erkannt:

Ein Power-MOSFET mit den angegebenen Kennlinien sowie einem thermischen Widerstand von \( 30 \mathrm{~K} / \mathrm{W} \) wird bei \( 25^{\circ} \mathrm{C} \) Umgebungstemperatur in der angegebenen Schaltung als spannungsgesteuerte Stromquelle betrieben. Die MOSFET-Kennlinien
Am MOSFET soll nach dem Einschalten eine Spannung von \( U_{D S}=5 \mathrm{~V} \) anliegen und ein Strom von ca. \( I_{D}=1 A \) fließen. Für die Spannungsversorgung \( U_{0} \) steht eine \( 9 V \). Batterie zur Verfügung.
a) Welchen Wert hat der Lastwiderstand \( \mathrm{R}_{\mathrm{L}} \) ? Bestimmen Sie die Achsenabschnitte der Arbeitsgerade für die Spannungsquelle \( U_{0} \) in Serie mit dem Lastwiderstand \( R_{L} \) sein?
b) Wie warm wird der MOSFET im stationären Betrieb? Skizzieren Sie das thermische Ersatzschaltbild und kennzeichnen Sie die Größen zur Berechnung der Temperatur im Bauteil.

Problem/Ansatz:

Haben alle schon Ansätze für die Aufgabe gehabt, aber alle sind sich unsicher. Vielleicht ist jemand da der uns helfen kann :) ?

Answer 1

Hallo,

der Lösungsansatz lautet: Herleitung der Gleichung der Arbeitsgeraden.

Die Gleichung für die Arbeitsgerade lässt sich leicht aus dem Maschenumlauf U₀ , U_RL und U_DS herleiten.

\(\large U_{0} - U_{RL} - U_{DS} = 0\)

da \(\large U_{RL} = I_{D}\cdot R_{L}\)   und eingesetzt in obige Gleichung, erhält man

\(\large U_{0} - I_{D}\cdot R_{L} - U_{DS}\)

Da das Ausgangskennlinienfeld eine Darstellung  \(\large I_{D} = f(U_{DS})\)  mit U_GS als Parameter ist, muss die Gleichung oben nach \(\large I_{D} = f(U_{DS})\)  umgestellt werden

\(\large I_{D} = - \frac{1}{R_{L}}\cdot U_{DS} + \frac{U_{0}}{R_{L}}\)   das ist die Gleichung einer Geraden entsprechend   \(\large y = a\cdot x + b\)

mit

\(\large a = - \frac{1}{R_{L}}\)   und

\(\large b = \frac{U_{0}}{R_{L}}\)

Die Arbeitsgerade lässt sich einzeichnen, indem man die Schnittpunkte der Geraden mit der \(\large I_{D}\)-Achse und der \(\large U_{DS}\)-Achse berechnet:

\(\large I_{D} = 0 + \frac{U_{0}}{R_{L}} = 2,25A\)

\(\large 0 = - \frac{U_{DS}}{R_{L}} + \frac{U_{0}}{R_{L}}\)

\(\large U_{DS} = 9V\)

Hier die Arbeitsgerade im Ausgangskennlinienfeld (verzerrt durch die Fotokopie):

Gruß von hightech